基于DSP阵列的海面目标红外图像实时仿真系统研究

从海面目标红外辐射特性研究的具体需求出发,给出了一种用于生成海面目标红外图像的仿真算法,在此算法基础上提出了一种基于DSP阵列的海面目标红外图像实时仿真系统,并对其系统构成、DSP阵列硬件实现、仿真算法并行处理等内容进行了具体描述。仿真实验结果表明该系统能满足海面目标红外图像实时仿真的基本要求,在同等仿真精度下其仿真实时性远高于其他通用计算平台。     

空间目标红外辐射理论计算

建立了空间目标的热平衡方程,利用节点网络法求解其表面温度场分布;然后利用普朗克公式计算了空间目标的红外辐射强度;最后对大气层外某空间目标的表面温度场分布和红外辐射强度分布进行了数值计算。     

舰船尾迹和海面红外仿真成像

舰船在军事领域有着极其重要的地位,其尾迹对海面的温度和高度都会造成相较明显的变化,且具有持续时间长、不易消除等特点,所以模拟舰船尾迹和海面红外辐射图像可以更为直观地识别舰船目标,具有强烈的军事需求。以MODTRAN软件模拟的不同背景环境下大气对8μm～14μm波段的透过率为数据基础,结合Cox-Munk坡度概率分布模型并考虑海浪遮挡因素建立了一种舰船尾迹红外辐射模型,模拟了不同背景环境、不同探测距离的红外尾迹图像。仿真结果表明：相同探测条件下,随着探测距离增大,舰船尾迹辐射亮度减小,但粗糙海面对红外辐射的遮挡作用显著减弱,海面舰船尾迹更易被识别;大气传输模型对红外成像结果影响较大,夏季背景辐射能量大且海面平均遮挡作用小,舰船尾迹红外成像更为清晰。     

海面空中目标的红外偏振辐射特性仿真分析

将偏振特性结合到强度信息中可有效提高天基系统对海面背景下空中目标的探测与识别性能,尤其是对于红外隐身目标。针对红外偏振特性、最优探测波段不明的问题,建立了基于天基平台的空中目标红外偏振辐射模型,分析了近红外到长波红外目标的偏振特性。采用偏振度作为评价指标,分析了目标辐射温度、飞行高度和天基探测俯仰角在红外波段中的偏振辐射规律。实验结果表明：对于不同飞行高度、辐射温度的目标而言,目标与海面背景的红外偏振特性在9μm处差异显著,该波长可作为偏振探测的最佳波段;在最佳探测波段,相较于水平偏振而言,目标和背景的差异主要体现在垂直偏振分量上;当天基平台俯仰角为大角度掠地状态时,目标与背景的偏振度差值更大,有利于提高探测性能。     

红外标定理论计算与应用

对于海上红外跟踪、搜索设备作用距离能力及距离和角度精度标定检查的目标建设,虽然为压制背景噪声、排除景物影响而采用过多种方法,但这些方法均不能满足海上背景的实际环境条件.介绍了红外标定理论计算方法,借助方位、仰角及距离精度标定、作用距离能力的检查工程应用,充分证明该方案科学合理,简便易行.该方案对弥补外场标定设备同步建设不足、解决海上红外探测设备外场标定的难题以及检查该类装备的标定具有一定的指导意义.     

地面目标动态红外特征模拟与隐身技术的研究

针对易受敌方红外制导武器攻击的地面军事目标,模拟并计算出其红外辐射特征。通过合理的假设,将复杂的三维辐射与对流耦合传热问题简化为一维瞬态传热问题,运用多层有限差分的数值计算方法计算模拟出目标瞬时温度变化方向图,得出其动态红外特征。在此基础之上,分别研究了地面目标不同部位(顶部与侧面)隐身所需要的表面发射率与温差的关系。分析了在不同温差条件下目标隐身所需表面发射率随时间的变化关系。计算模拟得出目标与背景在一日之中都存在明显的温差,最大温差可达10℃左右。分析得出利用水雾隐身使目标与背景的温差控制在2℃以内可达到良好的隐身效果。     

多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

海洋波导中目标声辐射场的计算方法

针对海洋波导中目标声辐射场的计算问题,提出了一种基于波叠加法并在近、远场采用不同水声传播模型的建模方法,可以将近、远场作为一个统一的系统进行高效地分析。该方法通过给定的已知表面振动速度的结构计算出目标内部虚拟点声源的源强,再配合在相应的水声环境中点声源传播模型的Green函数计算出结构外的声辐射场。以Green函数为纽带,在求源强和计算近场声辐射场时采用镜像虚源法,而在计算远场声辐射场时采用简正波法。通过该方法得到的有限水深波导中声速剖面为正梯度、负梯度、负跃层的3种情况下的脉动球、刚体摆动球的声辐射场计算结果与COMSOL的有限元计算结果进行对比,结果表明了该方法在提高计算效率的同时保证了计算精度。     

不同条件下海面Kelvin尾迹的红外仿真

针对舰船在海上航行时形成的尾迹包含多类信息,利用Kelvin尾迹模型得到舰船速度为5 m/s、10 m/s和15 m/s的尾迹最大波高分别为0.5 m、1.5 m和2.5 m。通过海浪Pierson Moscowitz谱模型描述海面风速分别为5 m/s、8 m/s和10 m/s下的复杂海面背景模型。基于海面背景和尾迹区域的几何差异,建立了Kelvin尾迹的红外发射模型,得到不同海面风速、不同舰船航速和不同探测天顶角下的红外特征仿真图像。仿真结果表明,红外图像的灰度极大值位于尾迹波峰处,海面风速由5 m/s增加到10 m/s时,尾迹区域与海面背景平均灰度差值由100逐渐减小,直至无差异。相同海面风速下,舰船速度由5 m/s增加到15 m/s,尾迹波长由10 m增加到40 m,红外特征明显。改变探测器天顶角分别为0和30时,红外图像差异较小,当天顶角增大到60时,尾迹区域灰度值接近海面背景,差值小于30,尾迹的辨识难度增加。     

空中目标红外辐射强度计算通用模型及其应用

提出了一种适用于空中扩展目标和小目标红外辐射强度计算的通用模型,该模型消除了对环境温度依赖较大的背景偏置的影响,可有效提升外场复杂多变环境条件下航空目标红外辐射特性测量结果的精度。结合某型航空目标动态红外特性测试数据,探讨了小目标红外辐射强度的计算问题,结果表明:对于中波红外小目标,大气表观辐射强度对总辐射强度的贡献可以忽略,可以采用简化模型计算总辐射强度,但对于长波小目标红外辐射,简化模型不再适用。对红外小目标和扩展目标的外场动态测试数据分别进行了处理,并与理论结果作比对验证,结果验证了模型的正确性。     

地面目标红外特性及其隐身技术研究

随着红外搜索与制导技术的飞速发展,对于地面目标红外特征及其隐身技术的研究具有越来越重要的军事意义.在简化目标传热模型的基础之上,计算出目标的瞬时温度变化,并与背景的温度比较发现,目标与背景在一天之中均存在明显温差,最大温差可达10℃.从目标与背景的辐射对比度出发,分析了辐射对比度与目标表面发射率以及目标与背景温差的关系,发现了当目标与背景温差控制在±4℃之内时,采用固定发射率涂料可以使目标达到红外隐身的目的.     

红外测温新技术

通过介绍红外辐射的一般性质和红外测温新技术说明黑体辐射定律的具体应用     

红外诱饵的辐射特性及在光电对抗系统中的作用

介绍了红外诱饵的辐射特性及在光电对抗系统中的作用，给出两类诱饵的光谱辐射特性曲线、光谱辐射数据表、红外热辐射特征、时域变化特性曲线等，指出诱饵弹的发展趋势。     

涡扇发动机轴对称塞式喷管红外辐射特征计算

用数值模拟的方法研究了3～5μm波段涡扇发动机轴对称塞式喷管的红外辐射特性,并与轴对称收扩喷管进行了对比。结果表明:轴对称塞式喷管红外辐射的空间分布和光谱分布特性方面与轴对称收扩喷管具有相似的特征,但是在红外辐射强度的数值有较大差别;以轴对称喷管为基准,轴对称塞式喷管无冷却措施的情况下尾向0°～15°范围内能够降低红外辐射强度,但在其他方向上的辐射强度有所增强;塞锥后部壁面冷却至400K,在0°～90°方向上塞式喷管均能有效降低红外辐射,且0°方向上降低了40.4%。大气对红外辐射的吸收作用随着探测角度的增大而增强。     

双行程红外辐射振动流化种子干燥的传热传质研究

在深入研究单行程红外辐射振动流化种子干燥的基础上，本文开拓出双行程振动流化干燥，其特点是在干燥过程中种子与供热热风均经两次行程，干燥装置总高度不变，其干燥行程增加20％．通过非稳态干燥动力学实验研究表明，增加内行程种子总脱水率增加87％，总干燥周期为单行程的1／1．8，料温为其0．82（47℃／57℃）倍．由于增加内筒使恒速段延长并提高了梅这段的干燥速率，整个干燥过程适应种子的生理生化特性，因而可保持种子的活力。文中根据干燥速率方程分别实验研究了辐射、对流与导热在强化种子传热传质过程中的各自贡献．这些研究为我国的‘种子工程’尤其是品种繁多、特性各异干燥难度较高的蔬菜种子干燥提供了理论依据与技术基础。     

坦克炮身管温度分布及红外辐射特性

对具有太阳辐射及受射击过程影响的坦克炮身管建立了温度及其红外辐射特性理论模型，并对以下三种情况进行了计算：坦克炮身管在太阳辐射一段时间后单发射击、太阳照射一段时间后多发慢速射击及太阳照射一段时间后多发射击。本文还分析讨论了各种情况下坦克炮身管外表面温度的变化规律及其对红外辐射特性的影响，对坦克整体红外辐射特性的研究具有重要意义。     

一种红外体温测量装置的研究与制作

本文测量了一种热释电双敏元传感器的物理特性,研究了被测物体运动速度、测量距离、环境温度和湿度对测量结果的影响.在此基础上,自制了非接触测温装置,可实时监控移动人体的体温.     

腔内填充低Z物质对腔内壁运动的影响

 为创造腔内均匀、干净的辐射场,用解析方法研究了腔内填充低Z介质的方法防止腔壁重元素喷射到腔内的设计思想。简化模型给出的物理图象清楚显示,该方法是一种好的设计思想。给出了在腔内填充0.1、1和10个大气压的氦气和各种温度状态下,腔壁内界面的运动速度。     

谷物的红外辐射振动流化优化传热传质机理研究

在与工业设备相仿的螺旋提升红外辐射振动流化模拟干燥机与热风固定床中，研究了谷物玉米的干燥特性，分析了物料的干燥动力学的实验规律，阐明了红外辐射振动流化高效、优质优化传热传质的机理。     

湍流脉动对发动机尾喷焰红外信号的影响

本文用简化的概率密度函数模拟温度的脉动,分析了轴对称火箭发动机尾喷焰湍流脉动对时均辐射信号的影响。分析结果表明,在不同的探测波长上,湍流脉动引起的时均辐射信号变化不同;由于光谱吸收系数总体上随温度的升高而降低,且降低的速率比Planck函数随温度的升高的速率大,从而导致随湍流温度脉动强度的升高尾喷焰时均辐射信号在不同波长处有不同程度的降低。